Lichtmessgerät / Luxmeter

Licht spielt eine große Rolle für die meisten lebenden Organismen und für den Ablauf bestimmter chemischer Prozesse. Die an einem bestimmten Ort eintreffende Lichtstrahlung kann durch die mit einem Lichtmessgerät ermittelten Werte für die Helligkeit und durch die Lichtfarbe beschrieben werden. Als Lichtmessgerät oder Photometer werden aber nicht nur Geräte zum Messen der Lichteigenschaften, sondern auch Geräte bezeichnet, die mit Hilfe von Lichtsensoren Größen bestimmen, die sich auf die Lichtdurchlässigkeit der untersuchten Substanz auswirken. Im folgenden Text wird nur auf die Geräte eingegangen, mit denen Werte für Lichteigenschaften von Lichtquellen oder von beleuchteten Flächen ermittelt werden.

Bei Lichtmessungen wird die Helligkeit entweder für die Lichtquelle oder für die beleuchteten Flächen angegeben. Bezogen auf die Lichtquelle kann unterschieden werden zwischen dem gesamten abgegebenen Lichtstrom in Lumen und der Lichtstärke in Candela, bei der auch der Abstrahlwinkel berücksichtigt wird. Ein Candela entspricht dabei einem Lumen pro Steradian, also pro Raumwinkeleinheit. Bei den derzeit verfügbaren Leuchten und Leuchtmitteln wird fast immer der Lichtstrom in Lumen angegeben. Um daraus die Lichtstärke in Candela zu ermitteln muss bei einer gleichmäßig in alle Richtung strahlenden Lichtquelle die Lumenanzahl durch 4 π geteilt werden, bei einer nur halbkugelförmig abstrahlenden Lichtquelle durch 2 π.

Die Bezeichnung Candela bezieht sich auf Kerzenlicht. So kann man sich gut merken, dass eine Kerzenflamme mit einer Lichtstärke von ein Candela leuchtet. Demgegenüber kommt ein helles Glühwürmchen nur auf 0,004 Candela und das Tagfahrlicht an Kraftfahrzeugen auf mindestens 400 Candela. Das Fernlicht aller Scheinwerfer eines Straßenfahrzeugs darf nicht heller strahlen als 225.000 Candela und Leuchtfeuer als Orientierungshilfe für die Seefahrt können beispielsweise 35.000.000 Candela abstrahlen. Der Lichtstrom und die Lichtstärke von Leuchten und Beleuchtungselementen werden in der Regel im Zuge der Produktentwicklung und bei der Qualitätskontrolle bei den Herstellern mit einem speziellen Lichtmessgerät bestimmt.

Während mit Lichtstrom und Lichtstärke die Lichtleistung verschiedener Lichtquellen verglichen werden können, beschreibt die Beleuchtungsstärke, wieviel Licht auf einer angestrahlten Fläche auftrifft. Die Beleuchtungsstärke wird als flächenbezogene Größe in Lux angegeben, wobei ein Lux als ein Lumen pro Quadratmeter definiert ist. Abgesehen von der Sonne als sehr starker Lichtquelle, ist auch ohne Lichtmessgerät gut zu erkennen, dass die Helligkeit des auf einer Oberfläche auftreffenden Lichts mit zunehmender Entfernung von der Lichtquelle geringer wird. Aber nicht nur die Entfernung zur Lichtquelle beeinflusst, wieviel Licht ankommt, sondern auch zusätzliche Lichtquellen, Verschattungen, Dämpfungen und Reflexionen an Umgebungsflächen. Die Lichtstärke von Elementen für künstliche Beleuchtung kann außerdem auch durch Alterung oder Verschmutzung abgeschwächt werden. Deshalb ist es sinnvoll, die Beleuchtungsstärke an den relevanten Punkten vor Ort nicht nur direkt nach der Installation, sondern auch später in regelmäßigen Abständen mit einem geeigneten Lichtmessgerät zu überprüfen. Bei technischen Anlagen zur Nutzung des Sonnenlichtes ist zu empfehlen, vor der Installation mit einem Lichtmessgerät zu prüfen, welche Anordnung am günstigsten ist. Nach der Installation kann geprüft werden, ob die Anlage die für die auftreffende Lichtmenge versprochene Leistung erreicht.

Zunächst muss ein Lichtmessgerät für den Zweck der Messung geeignet sein. Dabei geht es nicht nur darum, ob der Lichtstrom, die Lichtstärke oder die Beleuchtungsstärke bestimmt werden soll. Auch ob das Licht vorrangig für Menschen, für Pflanzen oder für technische Zwecke eingesetzt werden soll, ist wichtig. Bei den meisten Lichtmessungen soll die Beleuchtungsstärke gemessen werden, die für die jeweilige Lichtnutzung an bestimmten Stellen erreicht wird. Auch wenn jeweils die Beleuchtungsstärke in Lux gemessen wird, können sich die Messwerte verschiedener Geräte an gleicher Position und bei gleicher Beleuchtung erheblich unterscheiden.

Damit ein Lichtmessgerät die für die Anwendung passenden Werte liefern kann, muss auf folgendes geachtet werden:

Soll die Beleuchtungsstärke entsprechend dem menschlichen Sehempfinden oder für andere Zwecke erfasst werden?
In der Norm DIN EN 13032 Teil 1 werden in Anhang B viele gerätespezifische Parameter beschrieben, die Einfluss auf das Messergebnis bei einem Lichtmessgerät haben. Für Messungen der Beleuchtungsstärke an Arbeitsplätzen, in Aufenthaltsräumen, Spiel- und Sportstätten und bei Verkehrswegen ist wichtig, dass die Messung entsprechend der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges erfolgt. Das Lichtmessgerät sollte das sichtbare Spektrum unterschiedlicher Lichtquellen gemäß dieser Spektralempfindlichkeit erfassen und bewerten können. Außerdem muss auch schräg einfallendes Licht erfasst werden können. Für andere Zwecke kann unter anderem die Empfindlichkeit für ultraviolettes und Infrarotlicht, die Bewertung von polarisiertem Licht und von zeitlich veränderlichem Licht eine große Rolle spielen.

Soll mit dem Lichtmessgerät auch die Farbtemperatur des Lichts ermittelt werden?
Ein Lichtmessgerät mit zusätzlicher Ausstattung kann auch zur Messung von Lichtfarben eingesetzt werden. Die Verteilung der Wellenlängen bzw. Frequenzen der Strahlung ist charakteristisch für die wahrgenommene Lichtfarbe. Die Lichtfarbe wirkt sich nicht nur auf die Wahrnehmung angestrahlter Oberflächen aus, sie beeinflusst auch viele Zellaktivitäten bei Lebewesen. Die Farbkoordinaten des Lichts können als Primärfarben in dreiteiligen additiven Farbmodellen angegeben werden, beispielsweise als Rot-, Grün- und Blau-Wert nach dem CIE-RGB Farbraum oder als X, Y und Z-Wert nach dem CIE-XYZ Farbraum. Viele Modelle, die die Lichtfarbe messen, geben nicht nur die Zahlenwerte für die Primärfarben an, sondern zeigen die Farbverteilung des gemessenen Lichts auch grafisch auf dem farbigen Gerätedisplay.

Soll das Lichtmessgerät kontinuierlich an gleicher Position oder an verschiedenen Messstellen eingesetzt werden?
Je nachdem, ob ein Lichtmessgerät zur ständigen Überwachung der Lichtverhältnisse an einem bestimmten Ort oder für Messungen an verschiedenen Stellen eingesetzt wird, unterscheiden sich die Anforderungen. Bei einem Lichtmessgerät, das stationär in einem lichtempfindlichen Produktionsprozess eingesetzt werden soll, bietet es sich an, die Messwerte direkt über Schnittstellen an andere Geräte zur Datenauswertung oder zur Steuerung von Beleuchtungs- oder Beschattungseinrichtungen weiterzuleiten. Bei Geräten, die mobil an vielen verschiedenen Messstellen eingesetzt werden, sollte auf Speichermöglichkeiten für die Messwerte geachtet werden. Für bestimmte Messbedingungen ist es zudem günstig, wenn das Lichtmessgerät über einen externen Sensor verfügt. Das Gerät kann dann einfacher abgelesen und bedient werden, ohne dass dabei die Gefahr besteht, den Sensor zu beschatten.

Welchen Messbereich und welche Genauigkeit soll das Lichtmessgerät aufweisen?
Der Messbereich wird durch die Anwendung vorgegeben. Bei vielen Lichtmessungen für Aufenthaltsräume, genügt ein Messbereich bis 2.000 Lux oder auch 10.000 Lux. Bei Arbeitsbereichen in denen viel Licht erforderlich ist und wenn im Außenbereich auch hohe Beleuchtungsstärken von Tageslicht korrekt gemessen werden müssen, sollte der Messbereich mindestens bis 100.000 Lux oder darüber hinaus reichen.

Ein Lichtmessgerät kann aufgrund seiner Genauigkeit in eine der Genauigkeitsklassen nach DIN 5032 Teil 7 eingeordnet werden. Diese Genauigkeitsklassen vereinfachen die Auswahl der Gerätemodelle. Ein Gerät mit der Genauigkeitsklasse C sollte nur für orientierende Messungen eingesetzt werden. Mit den Gerätetypen der Klassen B und A können Messungen der Beleuchtung in Betrieben und öffentlichen Bereichen durchgeführt werden. Für besonders präzise Messungen sollte dagegen ein Lichtmessgerät der höchsten Genauigkeitsklasse L verwendet werden.

Kann das Lichtmessgerät bei Bedarf kalibriert und justiert werden?
In Bereichen, in denen sich eine zu hohe oder zu niedrige Lichtstärke gravierend auswirkt, sollte sichergestellt werden, dass das zur Prüfung verwendete Messgerät korrekt arbeitet. Dazu wird die Genauigkeit der Messungen unter festgelegten Bedingungen geprüft. Einige Gerätemodelle lassen sich auch vom Nutzer justieren. Das heißt, diese Modelle können bei Bedarf nachgestellt werden, um die Messergebnisse möglichst genau auszugeben.